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“細胞工廠(chǎng)” 里的“大經(jīng)濟”

來(lái)源:中國科學(xué)報 作者:王珊 日期:2021-05-26 09:31:24

  6月5日是世界環(huán)境日。當天的天津空港體育中心就像一個(gè)大集市,熙熙攘攘的人群向“小販”們不停詢(xún)問(wèn)著(zhù)。這是由天津保稅區環(huán)保局等主辦、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所承辦的“踐行綠色生活,共享美麗空港”生物塑料公益宣傳活動(dòng)現場(chǎng)。

  展臺擺著(zhù)的高科技產(chǎn)品,讓參觀(guān)的人群感到既“陌生”又“熟悉”:“陌生”的是沒(méi)想到這些產(chǎn)品居然是由秸稈等廢棄農作物“變成的”,“熟悉”的是這些產(chǎn)品就是生活中經(jīng)常用到的杯碗叉勺和塑料袋。

  其中一個(gè)展臺上擺著(zhù)幾個(gè)儲蓄罐大小的透明瓶子,里面盛滿(mǎn)了米粒般大小的白色物品。一旁的工作人員告訴記者:“這是聚丁二酸丁二醇酯(PBS),是生產(chǎn)桌上所有展覽品的原材料。產(chǎn)品使用的是中科院天津工業(yè)生物所開(kāi)發(fā)的新技術(shù),可環(huán)保呢!”

  創(chuàng )建“細胞工廠(chǎng)”

  每1噸塑料需要消耗3噸石油,而我國每年消耗的塑料高達4000萬(wàn)噸。當化石能源走到盡頭,人類(lèi)何以為繼?

  從籌建伊始,利用現代生物技術(shù)創(chuàng )建“細胞工廠(chǎng)”,轉變經(jīng)濟發(fā)展對石化資源的過(guò)度依賴(lài),便成為中科院天津工業(yè)生物所的夢(mèng)想?!皠?chuàng )建細胞工廠(chǎng),發(fā)展生物經(jīng)濟”,中科院院長(cháng)白春禮也對此作出明確指示。

  簡(jiǎn)單地說(shuō),這種“細胞工廠(chǎng)”的工作原理就是讓生物提供今天人類(lèi)所必需的一切,即用秸稈、雜草甚至二氧化碳等原料制造人類(lèi)所需的食品、醫藥、織物、材料、能源等。

  “細胞工廠(chǎng)”的重要性不言而喻??茖W(xué)家將生物細胞設計成一個(gè)“加工廠(chǎng)”,以細胞自身的代謝機能作為“生產(chǎn)流水線(xiàn)”,以酶作為催化劑,通過(guò)計算機輔助設計高效、定向的生產(chǎn)路線(xiàn),并且通過(guò)基因技術(shù)強化有用的代謝途徑,從而將生物細胞改造成一個(gè)合格的產(chǎn)品“制造工廠(chǎng)”。

  通過(guò)有效的設計,秸稈、木薯、海藻等生物質(zhì)原料,通過(guò)這些吃苦耐勞、兢兢業(yè)業(yè)的生物“細胞工廠(chǎng)”的作用,可轉變成戊二胺、丁二酸、己二酸、甲烷、乙醇等化學(xué)產(chǎn)品,為現代化學(xué)工業(yè)體系提供原料。

  利用“細胞工廠(chǎng)”生產(chǎn)丁二酸、乳酸、丁二醇、二氧化碳聚酯中間體等,進(jìn)而合成PBS、聚甲基乙撐碳酸酯、聚乳酸等生物基高分子材料的過(guò)程,能耗低且廢棄物排放少。

  京津冀的守護者

  生物降解塑料PBS便是研究人員利用“細胞工廠(chǎng)”制造出來(lái)的成功代表。他們以秸稈為原料,成功創(chuàng )建出高效生產(chǎn)丁二酸的大腸桿菌“細胞工廠(chǎng)”,進(jìn)而生產(chǎn)出丁二酸可用于制造PBS。

  天津工業(yè)生物所所長(cháng)馬延和說(shuō),這種方法讓生產(chǎn)丁二酸的成本較現有的石油路線(xiàn)大幅降低,二氧化碳排放量下降94%,使未來(lái)PBS生物塑料的大規模推廣應用成為可能。

  同時(shí),研究人員還實(shí)現了生物可降解塑料PLA重要單體化合物——D-乳酸的生物制造技術(shù),并將在今年6月完成3000噸/年生產(chǎn)示范線(xiàn)的建設。與國外技術(shù)路線(xiàn)相比,其生產(chǎn)成本下降50%,將為PLA生物基可降解塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新機遇。

  最近,天津工業(yè)生物所的科研人員在做一件事,即建設生物基材料制品應用示范區。他們希望通過(guò)3年的時(shí)間,在天津空港經(jīng)濟區實(shí)現每年1000噸以上的生物基塑料制品替代一次性餐飲具、塑料購物袋等,替代率超過(guò)60%;在京津冀高鐵實(shí)現每年8000噸以上的生物基塑料制品替代一次性餐具等,替代率超過(guò)80%;并逐漸向濱海新區、天津市、京津冀區域推廣。

  在這個(gè)過(guò)程中,馬延和說(shuō),他們將致力于突破生物基材料制品的生產(chǎn)成本、性能兩大技術(shù)瓶頸,促進(jìn)生物基材料的規?;a(chǎn)。

  守護京津冀,進(jìn)而守護全國,遠離白色污染,這是天津工業(yè)生物所人服務(wù)天津、回報社會(huì )的目標。

  發(fā)展生物經(jīng)濟任重道遠

  繼醫藥生物技術(shù)、農業(yè)生物技術(shù)之后,工業(yè)生物技術(shù)已成為國際生物技術(shù)發(fā)展的“第三次浪潮”。

  據世界經(jīng)濟合作與發(fā)展組織預測,至2030年,35%的化學(xué)品和其他工業(yè)品將出自工業(yè)生物技術(shù);生物技術(shù)產(chǎn)生的經(jīng)濟與環(huán)境效益中,39%將來(lái)自工業(yè)生物技術(shù)的貢獻。

  如今,世界主要經(jīng)濟強國都把工業(yè)生物技術(shù)確定為21世紀經(jīng)濟與科技發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。2012年2月,歐盟委員會(huì )通過(guò)歐洲生物經(jīng)濟戰略,加大與生物經(jīng)濟相關(guān)的研發(fā)和技術(shù)投資力度,增強生物經(jīng)濟的競爭力;2013年,歐盟“地平線(xiàn)2020”計劃啟動(dòng)。

  與此同時(shí),2014年4月,美國發(fā)布《生物學(xué)工業(yè)化路線(xiàn)圖》,規劃了生物基產(chǎn)品、生物經(jīng)濟發(fā)展的里程碑技術(shù)進(jìn)程。

  而在我國,生物技術(shù)領(lǐng)域往往關(guān)注的是醫藥醫療、轉基因育種。工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng )新能力不強,核心技術(shù)缺乏,隊伍體量偏小,缺少有效的穩定支持。

  “面對歐美再工業(yè)化的戰略,面對我國轉變發(fā)展方式的重大需求,我國生物工業(yè)發(fā)展需要更多的扶持?!瘪R延和說(shuō)。

 ?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2015-06-10 第4版 綜合)

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